ANKARA ÜNİVERSİTESİ NÜKLEER BİLİMLER ENSTİTÜSÜ NÜKLEER TEPKİME MEKANİZMALARI 101513 NÖTRON VE REAKTÖR FİZİĞİNE GİRİŞ PROF. DR. HALUK YÜCEL

ANKARA ÜNİVERSİTESİ

NÜKLEER BİLİMLER ENSTİTÜSÜ

NÜKLEER TEPKİME MEKANİZMALARI

101513

NÖTRON VE REAKTÖR FİZİĞİNE GİRİŞ PROF. DR. HALUK YÜCEL

NÜKLEER TEPKİME MEKANİZMALARI

1. Nötronlar Coulomb itmesiyle karşılaşmazlar. (Çünkü pozitif bir yük taşımazlar.) Bu

nedenle, çok düşük enerjili nötronlar (thermal/slow) çekirdeklere girebilirler.

2. Nötron enerjileri 1 – 10 eV (Rezonans nötronları) çok şiddetli soğurulma maksimumları

gösterirler.

3. Nükleer reaktörlerde, nötronlar 1010 – 1016 n/cm2/s mertebesinde çok yüksek akılarla

elde edilebilir.

Nötron Üretim Mekanizmaları:

• 𝐵𝑒(α,n) 𝐶 α 226Ra, 210Po, 241Am, 238Pu

• (γ,n)2α γ 124_Sb

• (d,n)10_B

• d(d,n) 3He 0.1 – 10MeV

• t(d,n)α 14MeV

Yüklü Parçacık Tepkimeleri:

,

Gelen parçacık ile çekirdek merkezi bir çarpışma yapmaz ise açısal momentumun çekirdeğe transferi aynı zamanda söz konusudur. Bu nedenle, Coulomb bariyerinin yanısıra santrifüj bariyeri de hesaba katılmaktadır.

/ /

Merkezi çarpışmayı gösterir.

Ancak, l’nin katları olduğunda, açısal momentum transfer edilebilir. Burada Etkin kütle, .

Sonuç olarak gelen parçacık enerjisi olması beklenir.

Ancak, α – bozunmasında olduğunda da “ tunnel effect” tünelleme olayı nedeniyle nükleer tepkimeye yol açabilir.

Örnek:

Halbuki, kuantum mekanik yasalarına göre, α – tünelleme olayı nedeniyle olduğunda bu nükleer tepkime meydana gelebilir.

Potansiyel enerji diyagramı

U_c: Coulomb potansiyel enerji (Coulomb bariyer)

U_E: Uyarma potansiyel enerjisi

E_B(α): α’nın bağlanma enerjisi

Eksitasyon enerjisi < Coulomb potansiyel enerjisi olduğu için;

Kuantum mekanik yasalarına göre, gelen α – parçacığı daha düşük enerjilerde gelse bile soğurulma olasılığı vardır ve böyle bir tepkimenin yerine

α) MeV’ de gerçekleşme olasılığı vardır.

E_K(α) E_B(α) Gelen parçacık kinetik enerjisi Parçacık bağlanma enerjisi

Proton Tepkimeleri:

Minimum gerekli olan kinetik enerji, eşik enerjisi (E_th) ve potansiyel bariyerin bilinmesi gerekir.

𝑛 𝑝

Döteron Tepkimeleri:

Sıyırma Tepkimesi (stripping reaction):

Döteronlar, hedef çekirdeğin alanına girdiklerinde kolayca polarize olabilirler, yani döteron içerisinde itilecek olan proton, nötronun çekirdeğe yönelmesine yardımcı olur. Böylece döterondaki nötron, döteronun tamamen yakalanması yerine soğurulur. Böylece reaksiyona soyma /soyulma (stripping) denilir. Burada nötron döterondan sıyırılıp alınmaktadır.

•

• Eşik enerjileri yoktur.

Kapma Tepkimesi (Pick–up Reaction):

Bu tip tepkimeler (d,p); (d,n); (d,t); (t,α) ve (

) şeklinde görülebilir.

Burada, çekirdeğe yaklaşan/bombardıman eden parçacık (projectile)

çekirdekten bir nükleon kapabilir. Bu olayın adına “direct reaction” da denilir

ve gelen parçacığın enerjisi arttıkça artar.

• Düşük enerjili (<50MeV) tepkimelerle

çekirdek transmutasyonları _p=Z

•

Çeşitli enerji aralıkları için baskın olan nükleer tepkimeler

Orta Ağırlıktaki Çekirdekler (25<A<80) n p d α Ağır Çekirdekler (80<A<250) n p d α 0 – 1keV n,𝛾 - - - n,𝛾 - - -1 – 500keV n,𝛾 p,n d,p α,n - p,𝛾 d,n α,𝛾 - p,𝛾 - α,p n,𝛾 - - -- - - -- - - -0.5 – 10MeV n,α p,n d,p α,n n,p p, α d,n α,p - - d,pn -- - d,n -n,p p,n d,p α,n n,𝛾 p, α d,n α,p - - d,pn α,𝛾 - - d,2n -10 – 50MeV n,2n p,2n d,p α,2n n,p p,n d,2n α,n n,np p,np d,pn α,p n,2p p,2p d,3n α,np n, α p, α d,t α,2p n,2n p,2n d,p α,2n n,p p,n d,2n α,n n,pn p,np d,np α,p n,2p p,2p d,3n α,np n, α p, α d,t α,2p

Tepkimesi için Alternatif Yollar:

Tepkimesi için Alternatif Yollar:

(d,p) ve (d,n) Tepkimesi;

(d,p):

Trityum Üretimi: d(d,p)t

veya

3

_{He Üretimi: d(d,n)}

_He

Belirli bir nüklit farklı tepkimelerle elde edilebilir. Örneğin,

_Na:

1. 23Na(n,𝛾)24Na 2. 24Mg(n,𝑝)24Na 3. 27Al(n,𝛼)24Na 4. 23Na(d,𝑝)24Na 5. 26Mg(d,𝛼)24Na 6. 27Al(n,p𝛼)24Na 7. 25Mg(𝛾,p)24Na 8. 27Al(𝛾,2pn)24 9. 27Al(𝑝,3pn)24Na , Q>0 𝐴𝑙 + 𝐻 𝑆𝑖∗ 𝑀𝑔 + 𝑆𝑖∗ 𝐴𝑙 + 𝐻 𝑆𝑖 + 𝑛 𝑁𝑎 + 𝐻 +